中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析说明书

中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析摘 要本课题的研究内容是对中型卡车的驱动桥壳进行设计校核并运用软件对驱动桥壳进行有限元分析。中型卡车广泛作为载货汽车使用，在日常生活中处处可见，而驱动桥壳作为汽车结构一个重要的部件，负责支承汽车重量，容易发生危险面应力过大和扭转变形等故障，从而影响汽车的功能和使用时间，所以驱动桥壳的设计在车辆行业的设计要求中是很关键的一步。通过对驱动桥壳的设计校核，可以有效改善汽车的性能指标，并且可以进一步提升汽车的使用寿命。本设计依据参考文献，以机械设计与汽车设计理论为基础，将软件和有限元分析软件交互运用，完成了如下工作任务：首先，决定了驱动桥的总体设计方案，为接下来桥壳设计提供各项参数；其次对驱动桥壳进行设计并对其在多工况下进行受力和强度校核，确定设计的桥壳是否符合标准；然后应用三维设计软件对桥壳进行简化并建立几何模型，将几何模型导入到有限元分析软件10.0中生成最终的分析模型；最后运用软件对最终的模型进行分析计算，求出桥壳在多工况下的应力和变形结果，并作出桥壳应力图和位移图，同时对桥壳进行模态分析，验证设计结果是否符合标准。关键词： ANSYS；驱动桥壳；有限元分析；模态分析 ABSTRACTThe design of the medium-sized truck drive axle housing design and finite element analysis. Medium-sized trucks are widely used as trucks, which can be seen everywhere in daily life. Driven axle is an significant part of automobile composition. It is responsible for supporting the weight of automobile, prone to excessive stress and torsional deformation. And the service life, so the design of the axle housing is a key step in car design. By optimizing the design of the drive axle housing, the axle housing can provide good and stiffness, thus effectively improving the performance of the car, and can improve the service life of the car.This design is based on the reference to the mechanical design and automotive design theory, based on software and finite element analysis combined to complete the following design tasks: Firstly, the overall program of the driving axle is determined, and the parameters are provided for the next axle housing design. Secondly, the driving axle housing is designed and its force and strength are checked under multiple operating conditions to determine whether the designed axle housing conforms And then use the three-dimensional design software to simplify the bridge shell and establish the geometric model, the geometric model into the finite element analysis software 10.0 to generate the final analysis model; Finally, the software used to analyze the final model, Stress and deformation results under multiple operating conditions, and make the bridge shell stress map and displacement diagram, while the modal analysis of the bridge shell to verify whether the design results meet the standard.Key words: ANSYS; Drive axle housing; Finite element analysis; Modal analysisII目 录摘 要IABSTRACTII目 录I1绪 论11.1选题背景目的及意义11.2国内外研究状况11.3设计主要内容和研究工作32驱动桥的总体方案确定42.1总体方案设计42.2驱动桥形式的确定52.3半轴形式的确定52.4本章小结63驱动桥壳的设计73.1铸造整体式桥壳的结构73.2桥壳的静弯曲应力计算73.3本章小结144驱动桥壳模型的建立154.1Pro/E的简介：154.2驱动桥壳模型的建立154.3本章小结195驱动桥壳的有限元分析205.1驱动桥壳的静力分析205.2各工况的ANSYS分析过程详述225.3ANSYS应力和位移分析结果235.4驱动桥壳模态分析335.5ANSYS模态分析结果355.6本章小结366结 论37参考文献38附录1：外文翻译39附录2：外文原文42致 谢46中型卡车驱动桥壳设计及有限元分析1 绪 论1.1 选题背景目的及意义驱动桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。驱动桥壳支承汽车重量, 并将载荷传给车轮。作用在驱动车轮上的牵引力、制动力、侧向力、垂向力也是经过桥壳传到悬挂及车架或车厢上。因此, 驱动桥壳的使用寿命直接影响汽车的有效使用寿命。合理地设计驱动桥壳, 使其具有足够的强度、刚度和良好的动态特性, 减少桥壳的质量, 有利于降低动载荷, 提高汽车行驶的平顺性和舒适性。驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值, 然后考虑一个安全系数来确定工作应力, 这种设计方法有很多局限性。因此近年来, 许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析，并利用有限元分析软件ANSYS对某型货车上使用的整体式驱动桥壳改进1。1.2 国内外研究状况汽车驱动桥壳既是承载零件, 也是传力部件, 同时又是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置( 如半轴)的外壳。在汽车行驶过程中, 桥壳承受繁重的载荷, 设计时必须考虑在动载荷下桥壳有足够的强度和刚度。为了减小汽车的簧下质量, 以利于降低动载荷、提高汽车的行驶平顺性, 在保证强度和刚度的前提下应力求减小桥壳的质量。桥壳还应结构简单、制造方便, 以利于降低成本。过去我国主要是通过对桥壳样品进行台架试验和整车行驶试验考核桥壳强度和刚度。有时还采用在桥壳上贴应变片的电测方法，让汽车在典型路段上满载行驶，以测定桥壳的应力。这些方法只有在有桥壳样品的情况下才能使用，而且需要付出相当大的人力、物力和时间。日本五十铃公司曾采用略去桥壳后盖，将桥壳中部安装主减速器处的凸包简化成规则的环形的简化方法，用弹性力学进行应力和变形的计算。弹性力学计算方法本身虽精确，但由于对桥壳的几何形状作了较多的简化，使计算结果受到很大的限制。通常情况下，设计桥壳时多采用常规的设计方法，将桥壳看成是一简支梁，校核某些特定断面的最大应力值。例如，日本有的公司对驱动桥壳的设计要求是在2.5 倍满载轴荷的作用下，弹簧座处、桥壳与半轴套管焊接处、轮毂内轴承根部圆角处各断面的应力不应超过屈服极限。我国通常推荐将桥壳复杂的受力状况简化为四种典型的计算工况：（1）汽车满载以较高车速在不平路面行驶受到冲击载荷和受最大的垂直载荷工况； （2）汽车满载传递最大牵引力工况；（3）汽车紧急制动承受最大制动力工况；（4）汽车最大侧向力工况。在这四种典型工况下，只要桥壳的强度得到保证，就认为该桥壳在汽车的各种行驶条件下是可靠的。传统的桥壳强度的计算方法，只能近似计算出桥壳某一断面的应力平均值，不能完全反映桥壳上应力及其分布的真实情况。因此，这种方法仅用于对桥壳强度的验算，或用来与其它车型的桥壳强度进行比较，而不能用于计算桥壳上某点的真实应力值。有限单元法是近三四十年随着计算机的发展而发展起来的用于各种结构分析的数值计算方法，在一定的前提条件下，它可以计算各种机械零件的几乎所有几何部位的应力和应变。由于有限元法能够很好地模拟零部件的实际形状、结构、受力和约束，因此，其计算结果更精确，也更接近实际，可以作为设计、改进零部件的依据。同时，可以利用有限元分析的结果进行多方案的比较，有利于设计方案的优化和产品的改进。有限元法解决了过去对复杂结构作精确计算的困难，改变了传统的经验设计方法，有限元软件已经成为一个广为接受的工程分析工具2。目前国外有限元方法在汽车分析中得到了广泛的使用，有限元分析除了汽车结构的强度、刚度计算外，还在车身的结构的摸态分析、操纵稳定性分析、整车振动分析、传热分析（如汽缸、汽缸盖在气室燃烧时的温度分布）、空气动力学分析等各方面发挥着重要的作用3。在国外，二十世纪七十年代前后，有限元方法逐渐在汽车桥壳的强度分析中得到应用。例如，美国的机械研究所、万国汽车公司等，都曾经使用有限元法计算过桥壳的强度4。我国工程使用有限元分析方法起步较晚，但是发展较快,特别是近十年来,有限元分析方法在工程中特别是在汽车领域的应用也变得越来越广泛，也取得了一些成果。如东南大学的羊扮，孙庆鸿等应用ANSYS软件对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究，并进行了产品结构优化设计。优化后的桥壳本体厚度由8mm降至7mm，质量减轻了4.2千克5。东风汽车公司技术中心的唐述斌，谷莉按经验对EQ1090E汽车的后桥桥壳厚度进行减薄，然后通过计算和试验进行校核，取得了减重8Kg的效果6。从国内的研究现状可以看到，国内对桥壳的有限元分析虽然做了很多工作，但是与国外的研究相比有较大的差距，主要表现在多是按照经验修改主要部件的尺寸参数，往往只校核在静态工况下的强度和刚度；在桥壳的设计过程中使用有限元分析软件指导设计的应用范围较小，往往只是几个大的集团公司采用了这种先进的设计方法，大部分中小企业还未能将其应用于实际生产过程中7。1.3 设计主要内容和研究工作1、设计内容依据主要技术指标确定桥壳的类型，对其结构进行设计，并计算相应参数尺寸，对主要结构尺寸进行校合，有限元技术在ANSYS中对桥壳进行强度校核，对其应力分布和变形分布状况进行研究，验证设计的合理性。2、研究工作（1） 桥壳的设计1) 桥壳的受力分析2) 桥壳的静弯曲应力计算3) 各种工况下桥壳强度的校核（2） ANSYS软件分析验证（3） 利用CAD软件绘制桥壳图纸。2 驱动桥的总体方案确定本设计对中型卡车的驱动桥壳进行设计并进行有限元分析，在进行设计之前，首先要确定总体方案。2.1 总体方案设计图2.1 中型卡车外形结构图图2.2中型卡车外形尺寸图该种中型卡车的发动机类型为，额定功率为，最大扭矩为。变速器型号为，各档速比为；。减速器的型号是吨级单级减速器，主减速比为。差速器形式采用直齿锥齿轮式。车轮型号为，滚动半径为，轮距为,钢板弹簧中心距。2.2 驱动桥形式的确定本设计驱动桥的传动比为5.430，小于6。由于我国对车辆性能要求越来越高，并且道路越来越好，中型卡车驱动桥基本上采用单级驱动桥，单级驱动桥有结构简单、传动速比小、平整公路适应性高、可靠性高等优点。因此本设计选用单级驱动桥。2.3 半轴形式的确定全浮式半轴工作可靠性高，且半轴与桥壳之间没有直接联系，有利于半轴的拆卸和更换，因此广泛用于中型卡车上。根据所选车型及设计要求，所以本设计采用全浮式半轴。2.4 本章小结本章首先对所选车型的各项参数进行叙述，根据中型卡车的设计要求确定了变速器、减速器、差速器等部件型号，然后根据主减速比确定了驱动桥形式，根据车型确定了半轴形式。综上所述，本设计采用单级驱动桥、全浮式半轴、铸造整体式桥壳的总体方案。3 驱动桥壳的设计3.1 铸造整体式桥壳的结构如图3.1所示，为本设计所采用驱动桥的结构。图3.1 铸造整体式桥壳与半轴连接结构图采用该种类型桥壳的优势在于可塑性好，强度及刚度较好；缺点是制造起来比较繁琐，且铸造设备成本大。3.2 桥壳的静弯曲应力计算桥壳受该种力时计算简图如下图所示。 图3.2 计算简图桥壳两支撑板弹簧座之间受到的弯矩为 ()式中：满载时的质量，。 轮胎质量，。 轮胎中心距离，。 两支撑板弹簧座中心距离，。普遍情况下因为远小于，且进行设计时很难准确得出，因此当无准确数据时可以忽略不计，此时弯矩为：忽略不计时，静弯曲应力为 （）公式（）中：为桥壳垂向危险截面的弯曲系数。支撑板弹簧座附近的截面图如图4.3所示，其中，。图3.3截面图垂向危险截面弯曲系数: = 水平危险截面弯曲系数: = 扭转系数: =桥壳在危险断面的形状使用圆形管强度比较好，因此本设计在桥壳危险断面的形状使用圆形管状。根据公式（）可得，静弯曲应力3.2.1 在不平路面最大垂向载荷下的桥壳强度计算桥壳所产生的弯曲应力为 （）式中：受力系数，取。 弯曲应力，。根据公式（）：3.2.2 以最大牵引力行驶时的桥壳强度计算该种工况下汽车的受力情况，如下图所示。图3.4受力简图左右轮胎受到地面的最大切向反作用力为： （）公式（）中：汽车受到的最大转矩，。变速器处于档时的传动比，。减速器的主减速比，。传动结构的效率，。车轮半径，。根据公式（4.3）计算可得此时后驱动桥桥壳在左、右钢板弹簧座之间的垂向弯矩为 () 根据公式（）可得：=式中：取。驱动桥壳承受水平方向的弯矩 为 （）根据公式（）可得：图3.5 汽车紧急刹车时的受力简图两支承板弹簧座间桥壳受到的转矩为 ()公式（）中：汽车受到的最大转矩，。变速器处于档时的传动比，。减速器的主减速比，。传动结构的效率，。根据公式（3.7）计算可得：根据、可求出桥壳在危险截面处的合成弯矩： ()根据公式（）可求出该处的合成应力为： = ()桥壳许用弯曲应力为。许用扭转应力为。3.2.3 汽车紧急刹车时的桥壳强度计算汽车在行驶过程紧急刹车时的受力情况，如图所示。图3.6 汽车紧急刹车时的受力简图驱动后桥的受力简图如图所示，根据图可求得桥壳垂向弯矩及水平方向的弯矩分别为： （） = （）其中： ； 轮胎与地面的附着系数，一般取，在本文取；根据公式（）、（）计算可得： = 图3.7 汽车紧急刹车时驱动后桥的受力情况驱动后桥承受的转矩为： （）根据公式（）计算可得：所以可根据公式（），（）计算出和分别为：3.2.4 汽车受最大侧向力时桥壳的强度计算汽车向右方发生滑动时受力情况如图所示。所以该工况下驱动桥受力情况应满足： （3.13）公式（3.13）中：来自侧方的力矩；左、右轮胎所受反力。满载时的质量，为。车轮侧面的附着系数，为。 向右滑动时，左、右轮胎受到的反力为： （） （）式中：满载时几何中心的高度，为。 轮胎中心的距离，为。图3.8 汽车向右方滑动时受力简图向右滑动时，左、右轮胎沿行驶方向受到的支承力分别为: （） （） （） （）其中：车轮半径，为。 满足关系。受地面反力、可由下式求得： （） （）在本设计中，取。如图4.10所示为汽车向右侧滑时驱动桥壳所受垂直力及弯矩，套管套在半轴上，其危险断面处的弯矩为： （）公式（）中：轴承的中心到其内部的距离，为。图3.9 汽车向右方滑动时驱动桥壳受力及弯矩根据图3.9计算可得，和分别为： （） （） （）根据上述计算结果，半轴处的受力大小都小于，满足设计要求。许用弯曲应力为，许用扭转应力为，根据计算结果，各个工况下的校核结果均在指标之内，所以设计符合要求。3.3 本章小结本章选择的桥壳形式为整体式桥壳，并对其进行受力分析和计算，同时对各工况下的桥壳强度进行校核，经检验，各个工况下桥壳的受力和强度均符合设计要求。4 驱动桥壳模型的建立驱动桥壳模型的建立是强度和刚度校核的基础，也是有限元分析的重要过程8。4.1 Pro/E的简介：是美国公司设计的软件。年，的问世。软件问世至今，一直是参数化建模领域的领先者，是很多从事应用的企业的第一选择，随着建模要求的不断提高，正在转型，向直接建模方向发展，在建模领域取得更大的突破9。4.2 驱动桥壳模型的建立创建桥壳模型的详细步骤如下所示： （1）打开软件，选择“新建”，做出图4.1所示的选择。图4.1对话框图（2）设置单位制,如图4.2所示。图4.2 单位制选择图（3）在PRO/E界面中，利用拉伸命令完成桥壳主体的创建,如图4.3所示。图4.3 桥壳主体（4）利用倒圆角功能实现圆弧过渡,如图4.4所示。图4.4 圆弧过渡（5）选择如图所示基准面，利用拉伸命令的去除材料功能完成中间空的创建,如图4.5所示。图4.5 去除材料完成（6）利用拉伸命令的去除材料功能完成主减速器桥壳内圆弧表面的创建,如图4.6所示。图4.6 内圆弧面（7）利用倒圆角功能，完成两个内表面的圆弧过渡,如图4.7所示。图4.7 内表面过渡（8）利用基准轴工具，确定桥壳的横向中心轴线L1。（9）利用旋转命令，以L1为中心轴生成一端部分,如图4.8所示。图4.8 一端半轴（10）利用镜像命令完成另一端的创建,如图4.9所示。图4.9 两端半轴（11）利用基准轴工具，确定桥壳的横向中心轴线L2（12）利用旋转工，以L2为中心轴生成桥壳后盖,如图4.10所示。图4.10 后盖（13）利用拉伸命令去除材料功能完成螺栓孔的创建,如下两图所示。图4.11 法兰盘螺栓孔图4.12 桥壳中央螺栓孔（14）利用多步拉伸命令，创建桥壳的弹簧座,如图4.13所示。图4.13 弹簧座（15）完成桥壳几何模型，如图4.14所示。 图4.14 桥壳模型（16）将完成后的桥壳图形文件保存成功，使用接口串联的指令，将桥壳模型导入到软件中如图4.15。图4.15 桥壳的有限元模型4.3 本章小结本章节选用Pro/E作为创建模型的软件，对桥壳模型进行了一些简化以便于接下来的分析计算，选择拉伸、去除材料等指令完成桥壳模型的创建，既保留了桥壳的总体结构不变，又减少了计算，为ANSYS分析打下基础。5 驱动桥壳的有限元分析软件涉猎极广，作为大型CAE分析软件，由美国公司开发，可应用于机械制造行业、化工行业、航海业、土木行业等众多行业的分析研究。软件功能强大，具有广泛的分析能力，一体化的处理技术，完善的分析体系10。5.1 驱动桥壳的静力分析本章将驱动桥壳在车辆行驶过程中的受力情况简化为以下四种工况进行计算11：（1）最大垂向力工况 （5.1） 式中：，弹簧座所受载荷。满载时载荷，为。为。因此根据公式（）计算可得：=（2）最大牵引力工况左、右轮胎受到地面的垂向反作用力分别为，且相等，则 （）公式（）中：满载时质量，。汽车几何中心的高度，。轴距，。重心到前轴的距离，。轮胎受到的最大反力，。汽车受到的最大转矩，。这时最大牵引力为： （）公式（）中：变速器处于档时的传动比，。减速器的主减速比，。传动结构的效率，。车轮半径，。根据公式（）和（），通过计算可得左、右轮胎受到地面的垂向反作用力为：=最大牵引力为：。（3）最大制动力工况左、右轮胎受到地面的垂向反作用力分别为，且相等，则： （）公式（）中：减速加速度，为汽车紧急刹车时，最大制动力大小为： （）式中：取。轮胎附着系数，取。本文在进行计算时和均取。根据公式（）和（），通过计算可得左、右轮胎受到地面的垂向反作用力为：=最大制动力为：。（4）最大侧向力工况驱动桥向右滑动需满足： （）公式（）中： 来自侧方的力矩；左、右轮胎所受反力。满载时的质量，为。车轮侧面的附着系数，为。根据上述，支承反力为： （5.7）此时驱动桥承受的侧向力为： （5.8）根据上述内容，将参数代入到公式和中，根据公式，求得反力分别为：此时驱动桥承受的侧向力为。5.2 各工况的ANSYS分析过程详述1、Preprocessor模块点击单元类型 选择 l l l 命令，弹出对话框选择 10 92。定义材料属性 选择 l lProps l 弹出对话框选择 l l l,在弹性模量值处填入“”，泊松比填入“”。 点击网络划分工具 生成网格 选择 l l命令，将模型网络划分。图5.1网格划分3、模块选择添加约束 l l lApply l l l 。赋予面载荷 l l l l l ，输入压力值求解 选择Menu l lSolve l LS命令5.3 ANSYS应力和位移分析结果在ANSYS的求解模块（Simulation）中进行求解（Solve）,完成计算后，在的结果页面就可以看到各个工况下驱动桥壳的应力和变形情况8。本设计中桥壳的材料为球墨铸铁，其许用应力为，汽车驱动桥台架实验评价指标规定满载轴荷时每米轮距最大变形量不超过12，由于本桥壳轮距为，所以允许的最大变形为。5.3.1 冲击载荷工况分析结果约束加载完成后如图5.2。图5.2 冲击载荷工况前处理完成图经过求解后便可得到以下云图5.3、5.4和列表5.1、5.2。 （a）应力云图一 （b）应力云图二（c）应力云图三 （d）应力云图四图5.3 冲击载荷工况应力云图 （a）位移云图一 （b）位移云图二（c）位移云图三 （d） 位移云图四图5.4 冲击载荷工况位移云图表5.1 冲击载荷工况应力列表 单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV7718254.8216.6695.3090249.51244.033061250.1713.8101.5041248.66242.745303250.1514.5088.9934241.16238.453012249.5811.084-0.25262249.83244.363805246.4716.6034.0589242.41236.3914050238.6325.32011.466227.17220.57144227.4816.8081.0656226.41218.965323226.1912.7433.5205222.67218.2013968224.9513.7093.6161221.33216.463027218.6017.8955.1589213.45207.37表5.2 冲击载荷工况位移列表 单位：mmNODEUXUYUZUSUM80-1.6335-0.95333E-03-0.32740E-021.63352808-1.6332-0.10073E-02-0.34110E-021.63327456-1.6331-0.10453E-01-0.26999E-021.63322809-1.6331-0.99405E-02-0.27154E-021.63312807-1.6331-0.12070E-02-0.33969E-021.63313019-1.63310.75825E-02-0.40088E-021.633179-1.6331-0.13954E-02-0.33885E-021.63312858-1.6329-0.88460E-02-0.28476E-021.63292810-1.6328-0.21132E-01-0.20346E-021.63293018-1.63270.18869E-01-0.44437E-021.6329在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点，如上表3.2所示，可得应力值最大为，小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点，如上表3.3所示，位移最大的节点为1.633mm，而由于本桥壳轮距为，即允许的最大变形为，所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.2 最大牵引力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分与定义材料情况与冲击载荷工况相同。约束加载完成后如图5.5。图5.5 最大牵引力工况前处理完成经过求解可得到云图5.6、5.7和列表5.3、5.4。（a）应力云图一 （b）应力云图二（c）应力云图三 （d）应力云图四图5.6 最大牵引力工况应力云图 （a）位移云图一 （b）位移云图二（c）位移云图三 （d）位移云图四图5.7 最大牵引力工况位移云图表5.3 最大牵引力工况应力列表 单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV1776-3.9216-46.885-265.68261.76243.142092-34.947-55.188-243.07208.13198.789358-24.000-34.400-183.25159.25154.329831-24.685-38.496-181.48156.80150.372093-12.125-24.964-163.53151.41145.429553-10.230-42.509-161.63151.40138.121766-31.808-79.259-160.47128.66112.6993420.20798-36.956-157.21157.42142.5271-34.239-52.056-157.15122.91115.042102-28.540-64.448-150.86122.32108.90 表5.4 最大牵引力工况位移列表 单位：mmNODEUXUYUZUSUM61480.843340.247070.872881.238661490.842440.255070.871051.238361470.843860.234540.874841.237961500.841170.258090.869411.237061460.843980.218090.876841.236461510.839550.255720.868031.234461450.843710.198470.878811.234376050.841140.230090.872571.233676080.842280.210440.875971.233376070.841800.216230.874831.2332在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点，如上表3.4所示，可得应力值最大为，小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点，如上表3.5所示，位移最大的节点为，而由于本桥壳轮距为，即允许的最大变形为，所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.3 最大制动力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分能与定义材料与冲击载荷工况相同。约束加载完成后如图5.8。图5.8 最大制动力工况前处理完成经过求解处理后得到云图5.9、5.10和列表5.5、5.6。（a）应力云图一 （b）应力云图二（c）应力云图三 （d）应力云图四图5.9 最大制动力工况应力云图（a）位移云图一 （b）位移云图二 （c）位移云图三 （d）位移云图四图5.10 最大制动力工况位移云图NODES1S2S3SINTSEQV14030.52961-26.378-220.22220.75208.6013660.44125-20.684-179.30179.74170.169832-14.069-32.481-163.66149.59141.2911581-9.7975-36.791-156.81147.01135.549341-12.122-42.265-135.53123.41111.4428-21.038-52.926-131.34110.3198.31929-28.641-52.685-131.01102.3792.7149359-14.787-25.330-130.09115.30110.4114-23.176-48.854-128.45105.2895.07598148.2786-20.616-127.23135.51123.62表5.5 最大制动力工况应力列表 单位：MPa表5.6 最大制动力工况位移列表 单位：mmNODEUXUYUZUSUM61180.84718-0.69299E-03-0.572611.022561190.848690.19482E-01-0.569981.022561170.84523-0.20451E-01-0.574871.022461200.849680.39315E-01-0.567091.022361160.84292-0.39124E-01-0.576711.022161210.850110.58043E-01-0.564031.021861150.84034-0.56223E-01-0.578091.021561220.849920.74910E-01-0.560921.021161140.83744-0.71775E-01-0.578991.020661230.849130.89194E-01-0.557891.0199在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点，如上表3.6所示，可得应力值最大为，小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点，如上表3.7示，位移最大的节点为，而由于本桥壳轮距为，即允许的最大变形为，所以本工况下的位移变形量符合标准。5.3.4 最大侧向力工况载荷约束的添加与结果分析网格划分能与定义材料与冲击载荷工况相同。约束加载后如图5.11所示。图5.11侧滑工况前处理完成求解后可得云图5.12、5.13和列表5.7、5.8。（a）应力云图一 （b）应力云图二（c）应力云图四 （d）应力云图四图5.12 侧滑工况的应力云图（a）位移云图一 （b）位移云图二（c）位移云图三 （d）位移云图四图5.13 侧滑工况的位移云图表5.7 侧滑工况位移列表 单位：mmNODEUXUYUZUSUM61521.61710.447630.107691.681461511.62120.431470.109901.681361531.61350.454830.106601.679861501.62460.409460.112801.67923721.60920.456340.106181.676061491.62720.382840.116241.675776151.61750.411840.112091.672976181.61470.423260.110531.672976161.62000.398670.113861.672276141.61180.427530.109841.6712表5.8 侧滑工况应力列表 单位：MPaNODES1S2S3SINTSEQV13462260.3321.2165.8637254.46247.1417581244.8116.5403.1811241.63235.243825244.7915.791-2.8298247.62238.863081244.3315.736-1.7610246.10237.835323241.2515.1433.9275237.32231.923032238.9313.1942.0498236.88231.5113461209.7512.739-0.79580210.55204.113082198.606.4709-9.5668208.16200.635343194.1410.4392.2088191.93187.955342190.575.55771.6040188.97187.02在ANSYS应力变形结果中取应力比较大的10个节点，如上表3.8所示，可得应力值最大为，小于许用应力。在ANSYS应力变形结果中取位移比较大的10个节点，如上表3.9所示，位移最大的节点为，而由于本桥壳轮距为，即允许的最大变形为，所以本工况下的位移变形量符合标准。5.4 驱动桥壳模态分析1、点击分析状态13选择 l l2、Preprocessor模块点击单元类型 选择 l l l/命令，弹出对话框选择 。定义材料属性，选择 l lProps l 弹出对话框，点击右侧 l lelastic l,在弹性模量值处填入“”，泊松比填入“”，移步至输入“”。生成网格 选择 l l命令图5.14网格模块划分 3、模态分析设置14点击主菜单 l l lNew 命令，打开 选择命令内容，要求分析种类，选择“”。从主菜单中选择 l l l 命令，打开 对话框，点击模态分析命令，选择“ ”,在. 文本框中输入，将 设置为 ，在. 文本框中输入，点击按钮。4、施加边界条件添加约束 选择 l l l l l l 。5、结果模块查看结果 l l l l 点击结果查看 以表格形式列出 在文本框内显示分析结果 l l 。5.5 ANSYS模态分析结果图5.15 分析结果点击命令查看模态变形结果 图5.16 一阶模态变形 图5.17 二阶模态变形图5.18 三阶模态变形 图5.19 四阶模态变形 图5.20 五阶模态变形 图5.21 六阶模态变形图5.16所示为一阶模态变形结果,频率,最大变形值为(相对值);图5.17所示为二阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.18所示为三阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.19所示为四阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值);图5.20所示为五阶模态变形结果,频率为,最大变形值为(相对值); 图5.21所示为六阶模态变形结果, 频率为,最大变形值为(相对值)。本章使用ANSYS对桥壳进行模态分析，根据结果显示，各阶模态桥壳的频率均在汽车桥壳安全的振动频率范围内，符合设计标准。5.6 本章小结本章对桥壳进行有限元分析，针对的是对桥壳的瞬态分析，运用软件对最终的模型进行分析计算，求出桥壳在多工况下的应力和变形结果，并作出桥壳应力图和位移图，同时对桥壳进行模态分析，发现结果符合设计标准。6 结 论本文依据参考文献，首先决定了驱动桥的总体设计方案，为接下来桥壳设计提供各项参数，然后对驱动桥壳进行设计并对其在多工况下进行受力和强度校核，确定设计的桥壳是否符合标准，最后应用三维设计软件和有限元分析软件10.0对桥壳进行几何模型建立和有限元分析。通过本次设计，本人对软件建模的特性有了初步的了解，对计算、分析功能的认知更清晰，充分体会到了软件对于解决应力和变形问题的方便性和快速性。本设计的主要内容如下:（1）因为本设计的总体方案确定为中型卡车，所以本设计采用铸造整体式桥壳的形式。（2）对四种工况下桥壳的受力和强度进行校核，符合标准。（3）选用Pro/E作为创建模型的软件，对桥壳结构进行了简化处理，选择拉伸、去除材料等指令完成桥壳模型的创建，既保留了桥壳的总体结构不变，又减少了计算。并成功导入，为ANSYS分析打下基础。（4）运用软件对最终的模型进行分析计算，求出桥壳在多工况下的应力和变形结果，并作出桥壳应力图和位移图，同时对桥壳进行模态分析，验证设计结果符合标准。综上所述，本设计设计的桥壳在各个工况下均符合设计要求，切实可用。参考文献1黄昶春,韦志林,沈光烈. 驱动桥壳有限元分析模型的改进J. 汽车技术,2012,02:27-30.2刘为,薛克敏,李萍,杜长春,唐子玉. 汽车驱动桥壳的有限元分析和优化J. 汽车工程,2012,06:523-527.3陈元华. 矿用自卸车驱动桥壳有限元疲劳分析与优化J. 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